文档介绍：1
机械臂控制与仿真体系
1引言
在以往的仿真与把握项目中,人们主要通过两种方式进行设计,一种是接受传统的编程语言进行设计,如VB、VC++等;另一种是通过在三维建模软件上进行二次开发来实现,如Auto－CAD、UG等。前者在1
机械臂控制与仿真体系
1引言
在以往的仿真与把握项目中,人们主要通过两种方式进行设计,一种是接受传统的编程语言进行设计,如VB、VC++等;另一种是通过在三维建模软件上进行二次开发来实现,如Auto－CAD、UG等。前者在驱动把握方面的实现较为简洁,但在仿真设计上过于繁琐,后者则与之相反。LabVIEW不仅具有优秀的软件开发环境,也是功能强大的自动化测试工具。基于LabVIEW的机械臂把握与仿真系统利用三维图形显示控件构建机械臂的仿真显示平台,使用NIUSB_6211数据采集卡和74HC138N为机械臂供应把握信号,可快速实现对机械臂的仿真与把握,缩短开发周期。此外,本系统还通过软件编程解决了仿真模型与实际机械臂的同步问题,实现了舵机的平滑转动功能。同时,拓展了NIUSB_6211数据采集卡的用途。
2系统体系结构
本系统包括仿真程序、把握模块和执行终端三个部分。其中仿真程序先从电子表格文件(.xls)中读取模型数据完成静态模型的建立,再依据用户的操作信息对机械臂的运动学方程进行求解,最终实现对机械臂的动态仿真;把握模块主要负责将用户的操作信息转换成把握所需的电信号,并通过把握电路将把握信号传给系统的执行终端(五自由度的机械臂)。如图1所示:
3系统简介
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本项目利用LabVIEW供应的三维参数曲面图形显示控件构建机械臂的三维仿真显示平台。静态建模时,先在X-Z平面内绘制出机械臂各杆件的平面图形,构建一个包含各杆件平面坐标的数组(xi,0,zi),依据各杆件的尺寸比例将其沿Y方向平移yi后可得到一新的数组(xi,yi,zi)(此时,若将这两个数组传给三维参数曲面函数可绘制出一个没有端面的空腔模型);再利用“翻转数组函数”对上述两个数组进行翻转操作后即可得到各杆件的封闭立体模型。本项目中作者通过设计“”(程序框图如图2)实现了上述功能,并将转换得到的立体模型数据存入电子表格。最终,依据机械臂各部分的位置关系,将各杆件的立体模型坐标数据在坐标系中进行适当平移后传给三维参数曲面函数完成对机械臂的静态模型建立(参见图4)。实现动态仿真时,需要先对机械臂各杆件的运动学方程进行求解,得到各杆件的齐次变换矩阵。如式(1):式中:ROT(z,θ)是实现使仿真模型绕Z轴旋转的齐次变换矩阵,也叫作旋转算子;θ是各关节的旋转角度(规定逆时针旋转时为正);c和s分别表示和。本项目中为了便利程序编写将上述旋转算子逆推一步,得到形如式(2)的旋转算子:其中x1、y1、z1是起始位置坐标,x2、y2、z2是目标位置坐标。得到各杆件的旋转算子之后,还需要解决各部件运动时发生分别的问题,本项目中作者通过“”使后一杆件的坐标系始终以前一杆件的末端坐标为原点,使问题得到了解决。表1给出了机械臂各杆件的运动状况和对应的旋转算子组合:
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本项目利用NIUSB_6211数据采集卡作为机械臂的